ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ БАКТЕРИАЛЬНЫХ БИОПЛЕНОК В УСЛОВИЯХ КОСМИЧЕСКОГО ПОЛЕТА

Главная

Статья в Elpub

РУС ENG

Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. 2016; : 3-10

ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ БАКТЕРИАЛЬНЫХ БИОПЛЕНОК В УСЛОВИЯХ КОСМИЧЕСКОГО ПОЛЕТА

Рыбальченко О. В., Орлова О. Г., Вишневская О. Н., Капустина В. В., Потокин И. Л., Лаврикова В. В.

https://doi.org/10.36233/0372-9311-2016-6-3-10

Аннотация

Цель. Исследование влияния микрогравитации на формирование бактериальных биопленок Lactobacillus plantarum 8РА-3 в условиях космического полета. Материалы и методы. Информацию о влиянии микрогравитации на развитие биопленок получали при исследовании пробиотических лактобацилл L. plantarum 8РА-3 в специальной аппаратуре в процессе проведения космических экспериментов на российском сегменте Международной Космической Станции. Сравнительный анализ роста планктонных и биопленочных форм клеток, развивающихся в условиях космического полета и в наземных условиях, проводили микробиологическими и электронно-микроскопическими методами с использованием сканирующей и трансмиссионной электронной микроскопии. Результаты. В ходе космического эксперимента впервые показана ускоренная динамика формирования биопленок лактобацилл L. plantarum 8РА-3 на поверхности полимерных подложек из полистирола. Микробиологический анализ бактериальной культуры также подтвердил ускоренный рост L. plantarum 8РА-3 в условиях микрогравитации, по сравнению с наземными условиями. Впервые в космическом эксперименте выявлена ультраструктура планктонных форм клеток L. plantarum 8РА-3, участвующих в образовании биопленок, в условиях микрогравитации. Заключение. Данные сравнительного электронно-микроскопического анализа, полученные в космических экспериментах, имеют важное значение для научного обоснования эффекта воздействия микрогравитации на бактериальные сообщества, развивающиеся в виде биопленок - наиболее естественной формы существования микроорганизмов. Полученные результаты могут быть учтены при создании новых антибактериальных средств и дезинфектантов, а также способов обработки поверхностей модулей пилотируемых космических комплексов, что позволит уточнить методы эффективной профилактики распространения биопленок, представляющих риск для здоровья экипажа и нормального функционирования оборудования на Международной Космической Станции.

Список литературы

1. Андреев-Андриевский А. А., Шенкман Б. С., Попова А. С. и др. Экспериментальные исследования на мышах по программе полета биоспутника «Бион-М 1». Авиакосм. экол. мед. 2014, 48 (1): 14-27.

2. Бондаренко В.М. Роль условно-патогенных бактерий при хронических воспалительных процессах различной локализации. М., Триада, 2011.

3. Григоренко Д. Е., Сапин М. Р. Перестройка лимфоидных структур селезенки у песчанок после космического полета. Морфология. 2012, 142 (4): 67-71.

4. Кобатов А.И.,Вербицкая Н.Б.,Добролеж О.В., Рыбальченко О.В.,Петров Л.Н.Изучение пробиотических характеристик Lactobacillus acidophilus, выращенных в условиях космического полета. Медицина экстремальных ситуаций. 2008, 4 (26): 66- 78.

5. Пономарев С. А., Антропова Е. Н., Берендеева Т. А. и др. Особенности изменений показателей врожденного иммунитета при воздействии на организм человека неблагоприятных факторов длительного космического полета. Авиакосм. экол. мед. 2013, 47 (4): 123-124.

6. Потапов А. Н., Синяк Ю. Е., Петров В. М. Проблемы медико-биологического обеспечения межпланетных экспедиций. Авиакосм. экол. мед. 2013, 47 (1): 55-60.

7. Рыбальченко О.В. Электронно-микроскопическое исследование межклеточных взаимодействий микроорганизмов при антагонистическом характере взаимоотношений. Микробиология. 2006, 75 (4): 550-555.

8. Рыбальченко О.В., Бондаренко В.М., Гуслева О.Р. и др. Дезорганизация биопленок клинических штаммов стафилококков метаболитами лактобацилл. Журн. микробиол. 2010, 6: 66-70.

9. Branda S.S., Vik A., Friedman L., Kolter R. Biofilms: the matrix revised. Trends Microbial. 2005, 13:21-25.

10. Donald R.M., Costerton J.W. Biofilms: survival mechanisms of clinically relevant microorganisms. Clin. Microbiol. Rev. 2002, 15: 167-193.

11. Macfarlane S. Microbial biofilm communities in the gastrointestinal tract. J. Clin. Gastroenterol. 2008, 242 (3): S142-S143.

12. Miller M.B., Bassler B.L. Quorum sensing in bacteria. Ann. Rev. Microbiol. 2001, 55: 165-199.

13. Novikova N.D. Review of the knowledge of microbial contamination of the russian manned spacecraft. Microb. Ecol. 2004, 47: 127-132.

14. Olson M.E., Ceri H., Morck D.W. et al. Biofilm bacteria: formation and comparative susceptibility to antibiotics. Can. J. Vet. Res. 2002, 66: 86-92.

15. Popat R., Crusz S., Doggie S. The social behaviours ofbacterial pathogens. Brit. Med. Bullet. 2008, 87: 63-75.

16. Pratt L.A., Kolter R. Genetic analysis of Escherichia coli biofilm formation: roles of flagella, motility, chemotaxis and type.I pili. Mol. Microbiol. 1998, 30: 285-294.

17. Rybalchenko O., Bondarenko V., Rozlomiy V., Orlova O. Ultrastructural organization of biofilms of opportunistic microorganisms - representatives of gut human microbiota. Genes Nutrition. 2010,1.5: S92.

Journal of microbiology, epidemiology and immunobiology. 2016; : 3-10

FEATURES OF FORMATION OF BACTERIAL BIOFILMS IN CONDITIONS OF SPACE FLIGHT

Rybalchenko O. V., Orlova O. G., Vishnevskaya O. N., Kapustina V. V., Potokin I. L., Lavrikova V. V.

https://doi.org/10.36233/0372-9311-2016-6-3-10

Abstract

Aim. Study the effect of microgravitation on the formation of Lactobacillus plantarum 8PA-3 bacterial biofilms in the conditions of space flight. Materials and methods. Information on the effect of microgravitation on the development of biofilms was obtained during study of L. plantarum 8PA-3 probiotic lactobacilli in special equipment in the process of execution of space experiments in the Russian segment of the International Space Station. Comparative analysis of growth of plankton and biofilm forms of cells developing in the conditions of space flight and surface conditions was carried out by microbiologic and electron-microscopy methods using scanning and transmission electron microscopy. Results. Accelerated dynamics of formation of L. plantarum 8PA-3 lactobacilli biofilm on the surface of polymer substrate was shown for the first time during the space experiment. Microbiological analysis of the bacterial culture has also confirmed the accelerated growth of L. plantarum 8PA-3 under microgravitation compared with surface conditions. Ultrastructure of plankton form of L. plantarum 8PA-3 taking part in formation of biofilms in conditions of microgravitation was detected for the first time in the space experiment. Conclusion. Data on comparative electron-microscopic analysis obtained in space experiments are important for scientific justification of the effect of microgravitation on bacterial communities developing as biofilms - the most natural form of existence of microorganisms. The results obtained could be taken into consideration during creation of novel antibacterial means and disinfectants as well as methods of treatment of surfaces of modules of piloted space complexes that could allow to clarify methods of effective prophylaxis of biofilm spread which pose a risk of health of the crew and normal functioning of equipment in the International Space Station.

References

1. Andreev-Andrievskii A. A., Shenkman B. S., Popova A. S. i dr. Eksperimental'nye issledovaniya na myshakh po programme poleta biosputnika «Bion-M 1». Aviakosm. ekol. med. 2014, 48 (1): 14-27.

2. Bondarenko V.M. Rol' uslovno-patogennykh bakterii pri khronicheskikh vospalitel'nykh protsessakh razlichnoi lokalizatsii. M., Triada, 2011.

3. Grigorenko D. E., Sapin M. R. Perestroika limfoidnykh struktur selezenki u peschanok posle kosmicheskogo poleta. Morfologiya. 2012, 142 (4): 67-71.

4. Kobatov A.I.,Verbitskaya N.B.,Dobrolezh O.V., Rybal'chenko O.V.,Petrov L.N.Izuchenie probioticheskikh kharakteristik Lactobacillus acidophilus, vyrashchennykh v usloviyakh kosmicheskogo poleta. Meditsina ekstremal'nykh situatsii. 2008, 4 (26): 66- 78.

5. Ponomarev S. A., Antropova E. N., Berendeeva T. A. i dr. Osobennosti izmenenii pokazatelei vrozhdennogo immuniteta pri vozdeistvii na organizm cheloveka neblagopriyatnykh faktorov dlitel'nogo kosmicheskogo poleta. Aviakosm. ekol. med. 2013, 47 (4): 123-124.

6. Potapov A. N., Sinyak Yu. E., Petrov V. M. Problemy mediko-biologicheskogo obespecheniya mezhplanetnykh ekspeditsii. Aviakosm. ekol. med. 2013, 47 (1): 55-60.

7. Rybal'chenko O.V. Elektronno-mikroskopicheskoe issledovanie mezhkletochnykh vzaimodeistvii mikroorganizmov pri antagonisticheskom kharaktere vzaimootnoshenii. Mikrobiologiya. 2006, 75 (4): 550-555.

8. Rybal'chenko O.V., Bondarenko V.M., Gusleva O.R. i dr. Dezorganizatsiya bioplenok klinicheskikh shtammov stafilokokkov metabolitami laktobatsill. Zhurn. mikrobiol. 2010, 6: 66-70.